KR100648800B1 - Method for forming color filer and microlens of image sensor - Google Patents

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Abstract

본 발명은 칼라필터 형성 후 센서의 형성 공정을 생략할 수 있어 공정 단계를 감소시키고 광감도 저하를 방지할 수 있는, 이미지 센서의 칼라필터 및 마이크로 렌즈 형성 방법에 관한 것으로, 칼라필터를 이루는 3원색의 포토레지스트 패턴 각각이 이격하여 정의된 마스크를 이용하여 블루, 레드 및 그린 포토레지스트 패턴 또는 옐로우, 마젠타 및 시안 포토레지스트 패턴을 형성함으로써 마스크 오정렬 등에 따른 패턴 중첩을 방지하여 칼라필터 어레이 형성 후 양호한 평탄도를 얻고, 각 포토레지스트 패턴 상에 마이크로 렌즈를 형성하는데 그 특징이 있다.
The present invention relates to a method for forming a color filter and a micro lens of an image sensor, which can omit a process of forming a sensor after the color filter is formed, thereby reducing process steps and reducing light sensitivity. Good flatness after formation of color filter array by preventing pattern overlap due to mask misalignment by forming blue, red and green photoresist pattern or yellow, magenta and cyan photoresist pattern using a mask defined by each photoresist pattern spaced apart It is characterized by obtaining a microlens on each photoresist pattern.

이미지 센서, OCL, 평탄화, 칼라필터, 마이크로 렌즈, 광감도Image sensor, OCL, flattening, color filter, micro lens, light sensitivity

Description

이미지 센서의 칼라필터 및 마이크로 렌즈 형성 방법{Method for forming color filer and microlens of image sensor} Color filter and microlens forming method of an image sensor {Method for forming color filer and microlens of image sensor}             

도 1a 내지 도 1d는 종래 기술에 따른 이미지 센서의 칼라필터 및 마이크로 렌즈 형성 공정 단면도,1A to 1D are cross-sectional views of a color filter and micro lens forming process of an image sensor according to the prior art;

도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서의 칼라필터 및 마이크로 렌즈 형성 공정 단면도.
2A to 2D are cross-sectional views of a color filter and micro lens forming process of an image sensor according to an exemplary embodiment of the present invention.

*도면의 주요부분에 대한 도면 부호의 설명** Description of reference numerals for the main parts of the drawings *

20: 반도체 기판 21: 하부구조20: semiconductor substrate 21: substructure

22: 페시베이션 산화막 23: 마이크로 렌즈22: passivation oxide film 23: micro lens

R: 레드 포토레지스트 패턴 G: 그린 포토레지스트 패턴R: red photoresist pattern G: green photoresist pattern

B: 블루 포토레지스트 패턴
B: Blue Photoresist Pattern

본 발명은 이미지센서(Image sensor) 제조 방법에 관한 것으로, 특히 이미지센서의 칼라필터 및 마이크로 렌즈 형성 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing an image sensor, and more particularly, to a method of forming a color filter and a micro lens of an image sensor.

잘 알려진 바와 같이, 칼라 이미지를 구현하기 위한 이미지센서는 외부로부터의 빛을 받아 광전하를 생성 및 축적하는 광감지소자 상부에 칼라 필터가 어레이되어 있다. 칼라 필터 어레이(CFA : Color Filter Array)는 레드(Red), 그린(Green) 및 블루(Blue)의 3가지 칼라로 이루어지거나, 옐로우(Yellow), 마젠타(Magenta) 및 시안(Cyan)의 3가지 칼라로 이루어진다. As is well known, an image sensor for realizing a color image has a color filter arrayed on an upper portion of a light sensing element that receives and receives light from the outside to generate and accumulate photocharges. The color filter array (CFA) consists of three colors: red, green, and blue, or three colors: yellow, magenta, and cyan. It is made of collar.

또한, 이미지센서는 빛을 감지하는 광감지소자와 감지된 빛을 전기적 신호로 처리하여 데이터화하는 로직회로 부분으로 구성되어 있다. 광감도를 높이기 위하여 전체 이미지센서 소자에서 광감지부분의 면적이 차지하는 비율(Fill Factor)을 크게 하려는 노력이 진행되고 있지만, 근본적으로 로직회로 부분을 제거할 수 없기 때문에, 광감지 면적은 제한될 수 밖에 없다. 따라서 광감도를 높여주기 위하여 광감지부분 이외의 영역으로 입사하는 빛의 경로를 바꿔서 광감지부분으로 모아주는 집광기술이 등장하였는데, 이러한 집광을 위하여 이미지센서는 칼리필터 상에 마이크로렌즈(microlens)를 형성하는 방법을 사용하고 있다.In addition, the image sensor is composed of a light sensing element for detecting light and a logic circuit portion for processing the detected light into an electrical signal to make data. Efforts have been made to increase the fill factor of the area of the entire image sensor element in order to increase the photosensitivity. However, since the logic circuit part cannot be removed, the area of photodetection is limited. none. Therefore, a condensing technology has emerged to change the path of light incident to a region other than the light sensing portion to raise the light sensitivity, and to collect the light sensing portion. For this purpose, the image sensor forms microlens on the kali filter. I'm using the method.

도 1a 내지 도 1d를 참조하여 종래기술에 따른 이미지센서의 칼라필터 및 마이크로 렌즈 형성 방법을 설명한다.A method of forming a color filter and a micro lens of an image sensor according to the prior art will be described with reference to FIGS. 1A to 1D.

도 1a는 하부구조(11) 형성이 완료된 반도체 기판(10) 상에 페시베이션(passivation) 산화막(12)을 형성하여 평탄화시키고, 칼라필터 어레이를 구현하기 위해 페시베이션 산화막(12) 상에 먼저 블루 포토레지스트 패턴(B)을 형 성한 상태를 보이고 있다. 도 1b는 전체 구조 상에 레드 포토레지스트를 도포하고 노광 및 현상해서 레드 포토레지스트 패턴(R)을 형성한 상태를 도시하고, 도 1c는 전체 구조 상에 그린 포토레지스트를 도포하고 노광 및 현상해서 그린 포토레지스트 패턴(G)을 형성한 상태를 도시하고 있다.FIG. 1A illustrates a planarization of a passivation oxide film 12 on a semiconductor substrate 10 on which a lower structure 11 is formed, and a planarization process. The state in which the photoresist pattern B is formed is shown. FIG. 1B shows a state in which a red photoresist is applied, exposed and developed on the entire structure to form a red photoresist pattern R, and FIG. 1C shows a green photoresist applied, exposed and developed on the entire structure, and painted. The state which formed the photoresist pattern G is shown.

도 1a 내지 도 1c에 도시한 바와 같은 종래의 방법은 칼라필터 어레이 형성을 위해 블루, 레드, 그린 포토레지스트 패턴(B, R, G) 형성 공정을 연속적으로 진행하는데, 노광 공정시의 마스크 오정렬(mask misalign) 또는 칼라필터 어레이 패턴의 바이어스에 의해 마스크에 인접하여 정의된 대로 블루, 레드, 그린 포토레지스트 패턴(B, R, G)이 구현되지 않고, 도 1b 및 도 1c에 보이는 바와 같이 블루, 레드, 그린 포토레지스트 패턴(B, R, G)이 0.1 ㎛ 내지 0.4 ㎛ 정도 중첩(A) 된다. 따라서, 페시베이션 산화막(12) 형성으로 평탄화되었던 표면상태가 칼라필터 형성으로 단차가 발생하게 되어, 칼라필터 상부에 마이크로 렌즈 형성시 변형(deformation)을 일으킨다.The conventional method as shown in FIGS. 1A to 1C continuously performs the process of forming the blue, red, and green photoresist patterns (B, R, and G) to form the color filter array, and the mask misalignment during the exposure process ( blue, red, green photoresist patterns (B, R, G) are not implemented as defined adjacent to the mask by mask misalignment or bias of the color filter array pattern, and blue, as shown in FIGS. 1B and 1C, The red and green photoresist patterns B, R, and G overlap with each other by about 0.1 µm to 0.4 µm. Therefore, the surface state, which was planarized by the formation of the passivation oxide film 12, causes a step due to the formation of the color filter, resulting in deformation during the formation of the microlens on the color filter.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 종래에는 도 1d와 같이 칼라필터 어레이 형성이 완료된 전체 구조를 평탄화시키기 위해 OCL(over coating layer, 13)을 형성하고, OCL(13) 상에 마이크로 렌즈(14)를 형성한다.In order to solve such a problem, conventionally, an over coating layer (OCL) 13 is formed to planarize the entire structure of the color filter array formed as shown in FIG. 1D, and a microlens 14 is formed on the OCL 13. .

전술한 바와 같이 이루어지는 종래 기술은 칼라필터 어레이 형성후, 칼라필터 어레이 상에 평탄화를 위한 OCL을 형성하여야 하기 때문에 추가적인 막의 형성 및 패터닝 공정이 요구된다. 또한, OCL 형성에 수반되는 고온의 열적 안정화(thermal stabilization) 공정을 거치면서 칼라필터의 광 에너지 투과율을 저하시켜 이미지 센서의 광감도가 저하되는 문제점이 있다.
The prior art made as described above requires an additional film formation and patterning process since the OCL for planarization must be formed on the color filter array after the color filter array is formed. In addition, there is a problem that the light sensitivity of the image sensor is lowered by lowering the optical energy transmittance of the color filter while undergoing a high temperature thermal stabilization process accompanying OCL formation.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 칼라필터들을 중첩되지 않도록 분리하여 형성하여 OCL 형성 공정을 생략할 수 있어 공정 단계를 감소시키고 광감도 저하를 방지할 수 있는, 이미지 센서의 칼라필터 및 마이크로 렌즈 형성 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention for solving the above problems can be formed by separating the color filters so as not to overlap the OCL forming process can be reduced to reduce the process step and prevent the light sensitivity, color filter and micro lens of the image sensor The purpose is to provide a formation method.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 하부구조 형성이 완료된 반도체 기판 상에 페시베이션층을 형성하여 평탄화시키는 제1 단계; 상기 페시베이션층 상에 칼라필터로서 역할하며 그 각각이 일정 간격을 두고 이웃하는 제1 색의 포토레지스트 패턴, 제2 색의 포토레지스트 패턴 및 제3 색의 포토레지스트 패턴을 형성하는 제2 단계; 및 상기 제1 색의 포토레지스트 패턴, 상기 제2 색의 포토레지스트 패턴 및 상기 제3 색의 포토레지스트 패턴 각각과 접하는 마이크로 렌즈를 형성하는 제3 단계를 포함하는 이미지 센서의 칼라필터 및 마이크로 렌즈 형성 방법을 제공한다.
The present invention for achieving the above object is a first step of forming a passivation layer on the semiconductor substrate on which the underlying structure is completed to planarize; Forming a photoresist pattern of a neighboring first color, a photoresist pattern of a second color, and a photoresist pattern of a third color, each of which acts as a color filter on the passivation layer and has a predetermined interval therebetween; And forming a microlens contacting each of the photoresist pattern of the first color, the photoresist pattern of the second color, and the photoresist pattern of the third color. Provide a method.

본 발명은 칼라필터를 이루는 3원색의 포토레지스트 패턴 각각이 이격하여 정의된 마스크를 이용하여 블루, 레드 및 그린 포토레지스트 패턴 또는 옐로우, 마젠타 및 시안 포토레지스트 패턴을 형성함으로써 마스크 오정렬 등에 따른 패턴 중 첩을 방지하여 칼라필터 어레이 형성 후 양호한 평탄도를 얻고, 각 포토레지스트 패턴 상에 마이크로 렌즈를 형성하는데 그 특징이 있다.
In the present invention, a blue, red, and green photoresist pattern or a yellow, magenta, and cyan photoresist pattern is formed using a mask defined by spaced apart from each of the three primary photoresist patterns constituting the color filter. Is obtained to obtain good flatness after color filter array formation, and to form microlenses on each photoresist pattern.

이하, 도 2a 내지 도 2d를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서의 칼라필터 및 마이크로 렌즈 형성 방법을 설명한다.Hereinafter, a method of forming a color filter and a micro lens of an image sensor according to an exemplary embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 2A to 2D.

먼저 도 2a에 도시한 바와 같이 하부구조(21) 형성이 완료된 반도체 기판(20) 상에 페시베이션 산화막(22)을 형성하여 평탄화시키고, 칼라필터 어레이를 구현하기 위해 페시베이션 산화막(22) 상에 먼저 블루 포토레지스트 패턴(B)을 형성한다.First, as shown in FIG. 2A, the passivation oxide layer 22 is formed and planarized on the semiconductor substrate 20 on which the lower structure 21 is formed, and then planarized on the passivation oxide layer 22 to implement a color filter array. First, a blue photoresist pattern B is formed.

다음으로 도 2b에 보이는 바와 같이 전체 구조 상에 레드 포토레지스트를 도포하고 노광 및 현상해서 블루 포토레지스트 패턴(B)과 0.1 ㎛ 내지 0.3 ㎛ 간격을 두고 이웃하는 레드 포토레지스트 패턴(R)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 2B, the red photoresist is applied, exposed and developed on the entire structure to form a neighboring red photoresist pattern R at intervals of 0.1 μm to 0.3 μm with the blue photoresist pattern B. FIG. .

이어서 도 2c에 도시한 바와 같이 전체 구조 상에 그린 포토레지스트를 도포하고 노광 및 현상해서 블루 포토레지스트 패턴(B) 및 레드 포토레지스트 패턴(R) 각각과 0.1 ㎛ 내지 0.3 ㎛ 간격을 두고 이웃하는 그린 포토레지스트 패턴(G)을 형성한다.Subsequently, as shown in FIG. 2C, the green photoresist is applied, exposed and developed on the entire structure to adjoin the green with the blue photoresist pattern B and the red photoresist pattern R at a distance of 0.1 μm to 0.3 μm, respectively. The photoresist pattern G is formed.

다음으로 도 2d에 도시한 바와 같이 전체 구조 상에 포토레지스트를 도포하고 패터닝하여, 블루 포토레지스트 패턴(B), 레드 포토레지스트 패턴(R) 및 그린 포토레지스트 패턴(G) 각각에 마이크로 렌즈(23)를 형성한다.Next, as shown in FIG. 2D, a photoresist is applied and patterned on the entire structure, and the microlens 23 is applied to each of the blue photoresist pattern B, the red photoresist pattern R, and the green photoresist pattern G. FIG. ).

전술한 본 발명의 실시예에서 블루 포토레지스트 패턴(B), 레드 포토레지스 트 패턴(R) 및 그린 포토레지스트 패턴(G) 각각은 0.8 ㎛ 내지 1.4 ㎛ 두께로 형성한다. 한편, 전술한 본 발명의 실시예에서는 블루 포토레지스트 패턴(B), 레드 포토레지스트 패턴(R) 및 그린 포토레지스트 패턴(G) 순으로 형성하는 경우를 설명하였지만, 그 형성 순서를 G, R, B 또는 B, G, R 등의 순으로 형성할 수도 있다. 또한, 레드, 그린, 블루를 대신하여 옐로우, 마젠타 및 시안 포토레지스트 패턴을 형성할 수도 있다.In the above-described embodiment of the present invention, each of the blue photoresist pattern B, the red photoresist pattern R, and the green photoresist pattern G is formed to have a thickness of 0.8 μm to 1.4 μm. Meanwhile, in the above-described embodiment of the present invention, the case of forming the blue photoresist pattern (B), the red photoresist pattern (R), and the green photoresist pattern (G) has been described. You may form in order of B or B, G, R, etc. In addition, yellow, magenta, and cyan photoresist patterns may be formed in place of red, green, and blue.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
The present invention described above is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and various substitutions, modifications, and changes are possible in the art without departing from the technical spirit of the present invention. It will be clear to those of ordinary knowledge.

상기와 같이 이루어지는 본 발명은 칼라필터 어레이 형성 후 평탄화 목적인 OCL 형성 공정을 생략할 수 있어 제조 비용을 절감할 수 있고, 광 에너지 투과율을 향상시켜 이미지 센서의 광감도를 향상시킬 수 있다.The present invention made as described above can omit the OCL forming process for the purpose of planarization after the color filter array is formed can reduce the manufacturing cost, improve the light energy transmittance can improve the light sensitivity of the image sensor.

Claims (4)

삭제delete 이미지 센서의 칼라필터 및 마이크로 렌즈 형성 방법에 있어서, In the color filter and the micro lens forming method of the image sensor, 하부구조 형성이 완료된 반도체 기판 상에 페시베이션층을 형성하여 평탄화시키는 제1 단계; Forming a passivation layer on the semiconductor substrate on which the formation of the underlying structure is completed and planarizing the passivation layer; 상기 페시베이션층 상에 칼라필터로서 역할하며 그 각각이 일정 간격을 두고 이웃하는 제1 색의 포토레지스트 패턴, 제2 색의 포토레지스트 패턴 및 제3 색의 포토레지스트 패턴을 형성하되, 상기 제1 내지 제3 색의 포토레지스트 패턴 각각이 이격하여 정의된 마스크를 이용하여, 제1 내지 제3 색의 포토레지스트 각각을 노광 및 현상하여 상기 제1 내지 제3 색의 포토레지스트 패턴 각각을 형성하는 제2 단계; 및 On the passivation layer as a color filter, each of which forms a photoresist pattern of a first color, a second photoresist pattern and a third photoresist pattern adjacent to each other at a predetermined interval, wherein the first photoresist pattern is formed. The photoresist of each of the first to third colors may be formed by exposing and developing each of the first to third color photoresists by using a mask defined by separating the photoresist patterns of the third to third colors. Two steps; And 상기 제1 색의 포토레지스트 패턴, 상기 제2 색의 포토레지스트 패턴 및 상기 제3 색의 포토레지스트 패턴 각각의 상부에 마이크로 렌즈를 형성하는 제3 단계를 포함하는 이미지 센서의 칼라필터 및 마이크로 렌즈 형성 방법. And forming a microlens on the photoresist pattern of the first color, the photoresist pattern of the second color, and the photoresist pattern of the third color, respectively. Way. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 제1 내지 제3 색의 포토레지스트 패턴 각각은 0.1 ㎛ 내지 0.3 ㎛ 간격으로 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 칼라필터 및 마이크로 렌즈 형성 방법. Each of the first to third color photoresist patterns is spaced apart at intervals of 0.1 μm to 0.3 μm. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 제1 내지 제3 색의 포토레지스트 패턴 각각은, 레드, 블루, 그린 중 각기 다른 하나의 색이거나 또는 옐로우, 마젠타, 시안 중 각기 다른 하나의 색인 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 칼라필터 및 마이크로 렌즈 형성 방법. 」제 1 항에 있어서,Each of the first to third color photoresist patterns may be one of red, blue, and green colors, or one of yellow, magenta, and cyan color indexes. Forming method. According to claim 1, 상기 제2 단계는,The second step, 상기 제1 색의 포토레지스트 패턴, 상기 제2 색의 포토레지스트 패턴 및 상기 제3 색의 포토레지스트 패턴 각각이 이격하여 정의된 마스크를 이용하여, By using a mask defined by separating the photoresist pattern of the first color, the photoresist pattern of the second color and the photoresist pattern of the third color, respectively, 제1 색의 포토레지스트, 제2 색의 포토레지스트 및 제3 색의 포토레지스트 각각을 노광 및 현상하여 상기 제1 색의 포토레지스트 패턴, 상기 제2 색의 포토레지스트 패턴 및 상기 제3 색의 포토레지스트 패턴 각각을 형성하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 칼라필터 및 마이크로 렌즈 형성 방법.The photoresist of the first color, the photoresist of the second color and the photoresist of the third color are respectively exposed and developed to expose and develop the photoresist pattern of the first color, the photoresist pattern of the second color and the photo of the third color. A color filter and a micro lens forming method of the image sensor, characterized in that each resist pattern is formed.
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